Универсальный двигатель

Универсальный (или серийный) двигатель с электрическими характеристиками и характеристиками крутящего момента

Библиотека:
Simscape/Электрические/Электромеханические/Щеточные двигатели

Описание

Блок Universal Motor представляет электрические и крутящие характеристики универсального (или последовательного) двигателя с использованием следующей эквивалентной модели цепи.

Где:

_Ra - сопротивление якоря.
_La - индуктивность якоря.
_Rf - сопротивление обмотки поля.
_Lf - индуктивность обмотки возбуждения.

Если для параметра Параметризация модели (Model parameterization) задано значение By equivalent circuit parametersдля этой модели задаются эквивалентные параметры цепи. Блок универсального двигателя вычисляет крутящий момент двигателя следующим образом:

Магнитное поле в двигателе индуцирует следующее обратное emf _vb в якоре:

$_{vb} =_{}_{}$ Лафиф
где _Laf - константа пропорциональности, а λ - угловая скорость.
Механическая мощность равна мощности, реагирующей на обратную эдс:

$P =_{}_{} {vbif}_{=}_{}^{}$ Lafif2λ
Крутящий момент двигателя:

$T = {P/λ}_{=}_{}^{}$ Lafif2

Характеристика крутящего момента и частоты вращения для модели блока Universal Motor связана с параметрами на предыдущем рисунке. Если для параметра Параметризация модели (Model parameterization) задано значение By DC rated power, rated speed & maximum torque или By DC rated power, rated speed & electrical power, блок решает для эквивалентных параметров цепи следующим образом:

Для установившегося соотношения крутящий момент-частота вращения при использовании источника постоянного тока L не имеет эффекта.
Суммировать напряжения вокруг контура:

$V =_{(} {Rf}_{} +_{} Ra {),}_{} если_{+}_{vb} =_{(} Rf_{+}$ Ra + Lafλ), если
Решите предыдущее уравнение для _if и замените это значение уравнением для крутящего момента:

$T =_{} {\frac{Лаф}{_{(}_{VRf} +_{} Ra}}^{+}$ Лафом) 2
Блок использует номинальную скорость и мощность для вычисления номинального крутящего момента. Блок использует номинальные значения крутящего момента и номинальной скорости в предыдущем уравнении плюс соответствующую электрическую мощность для определения значений _Rf + Ra и _Laf.

Если для параметра Параметризация модели (Model parameterization) задано значение By AC rated power, rated speed, current & electrical power, то блок должен включать индуктивные члены _La и _Lf в модель. Это требует информации о среднеквадратичном номинальном токе и напряжении для полной индуктивности.

Блок моделирует инерцию двигателя J и демпфирование B для всех значений параметра параметризации модели. Выходной крутящий момент:

$_{Tload} =_{} {\frac{Laf}{_{(}_{VRf} +_{} Ra}}^{+} \overset{}{} Lafλ)$ 2−Jω˙−Bω

Блок создает положительный крутящий момент, действующий от механических портов C к R.

Тепловые порты

Блок имеет два дополнительных тепловых порта, по одному на обмотку, скрытых по умолчанию. Чтобы открыть тепловые порты, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, а затем в контекстном меню выберите «Simscape» > «Block choices» > «Show thermal port». Это действие отображает тепловые порты на значке блока и отображает параметры Температурная зависимость (Temperature Dependence) и Тепловой порт (Thermal Port). Эти параметры описаны далее на этой справочной странице.

Используйте тепловые порты для моделирования влияния потерь сопротивления меди, которые преобразуют электроэнергию в тепло. Дополнительные сведения об использовании тепловых портов в блоках привода см. в разделе Моделирование тепловых эффектов во вращательных и поступательных приводах.

Порты

Сохранение

развернуть все

`+` - Положительный терминал
электрический

Порт экономии электроэнергии, связанный с положительным выводом универсального двигателя.

`-` - Отрицательный вывод
электрический

Порт экономии электроэнергии, связанный с отрицательным выводом универсального двигателя.

`C` - Корпус двигателя
механический

Механическое поворотное защитное отверстие, связанное с универсальным корпусом двигателя.

`R` - Ротор двигателя
механический

Механическое отверстие для сохранения вращения, связанное с ротором универсального двигателя.

`Hf` - Тепловой порт обмотки возбуждения
тепловой

Тепловой порт обмотки возбуждения. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловые порты.

`Ha` - Тепловой порт обмотки якоря
тепловой

Тепловой порт обмотки якоря. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловые порты.

Параметры

развернуть все

Электрический крутящий момент

`Model parameterization` - Параметризация блока
`By DC rated power, rated speed & maximum torque` (по умолчанию) | `By equivalent circuit parameters` | `By DC rated power, rated speed & electrical power` | `By AC rated power, rated speed, current & electrical power`

Выберите один из следующих методов параметризации блока:

By equivalent circuit parameters - Предоставить электрические параметры для эквивалентной модели цепи двигателя.
By DC rated power, rated speed & maximum torque - Предоставить параметры мощности и скорости постоянного тока, которые блок преобразует в эквивалентную модель цепи двигателя.
By DC rated power, rated speed & electrical power - Предоставить параметры мощности и скорости переменного тока, которые блок преобразует в эквивалентную модель цепи двигателя.
By AC rated power, rated speed, current & electrical power - Предоставить параметры мощности и скорости переменного тока, которые блок преобразует в эквивалентную модель цепи двигателя.

`Total armature and field winding resistance` - Суммарное сопротивление якоря и обмотки возбуждения
`132.8` `Ohm` (по умолчанию)

Суммарное сопротивление якоря и обмотки поля.

Зависимости

Этот параметр отображается, только если для параметра Параметризация модели (Model parameterization) задано значение By equivalent circuit parameters.

`Back-emf constant` - Константа Back-emf
`0.1722` `s*V/rad/A` (по умолчанию)

Отношение напряжения, генерируемого двигателем, к скорости двигателя.

Зависимости

`Total armature and field winding inductance` - Суммарная индуктивность якоря и обмотки возбуждения
`0.525` `H` (по умолчанию)

Полная индуктивность якоря и обмотки поля. Если у вас нет информации об этой индуктивности, установите значение этого параметра на малое ненулевое число.

Примечание

Значение индуктивности якоря и обмотки возбуждения можно установить равным нулю, но это имеет смысл только в том случае, если двигатель приводится в действие источником постоянного тока.

Зависимости

Этот параметр отображается, только если для параметра Параметризация модели (Model parameterization) задано значение By equivalent circuit parameters, By DC rated power, rated speed & maximum torque, или By DC rated power, rated speed & electrical power.

`Rated speed (at rated load)` - Номинальная скорость
`6500` `rpm` (по умолчанию)

Частота вращения двигателя при номинальной механической нагрузке.

Зависимости

Этот параметр отображается, только если для параметра Параметризация модели (Model parameterization) задано значение By DC rated power, rated speed & maximum torque, By DC rated power, rated speed & electrical power, или By AC rated power, rated speed, current & electrical power.

`Rated load (mechanical power)` - Номинальная нагрузка
`75` `W` (по умолчанию)

Механическая нагрузка, на которую рассчитан двигатель.

Зависимости

`Rated DC supply voltage` - Номинальное напряжение питания постоянного тока
`200` `V` (по умолчанию)

Напряжение постоянного тока, при котором двигатель должен работать.

Зависимости

Этот параметр отображается, только если для параметра Параметризация модели (Model parameterization) задано значение By DC rated power, rated speed & maximum torque или By DC rated power, rated speed & electrical power.

`Maximum (starting) torque` - Максимальный крутящий момент
`0.39` `N*m` (по умолчанию)

Максимальный крутящий момент, создаваемый двигателем.

Зависимости

Этот параметр отображается, только если для параметра Параметризация модели (Model parameterization) задано значение By DC rated power, rated speed & maximum torque.

`Electrical power in at rated load` - Электрическая мощность при номинальной механической мощности
`160` `W` (по умолчанию)

Величина электрической мощности, используемой двигателем при номинальной механической мощности.

Зависимости

Этот параметр отображается, только если для параметра Параметризация модели (Model parameterization) задано значение By DC rated power, rated speed & electrical power или By AC rated power, rated speed, current & electrical power.

`RMS rated voltage` - среднеквадратичное номинальное напряжение
`240` `V` (по умолчанию)

Среднеквадратичное напряжение питания при работе двигателя на переменном токе.

Зависимости

Этот параметр отображается, только если для параметра Параметризация модели (Model parameterization) задано значение By AC rated power, rated speed, current & electrical power.

`RMS current at rated load` - среднеквадратичный ток при номинальной нагрузке
`0.8` `A` (по умолчанию)

Среднеквадратичный ток при работе двигателя на переменном токе при номинальной нагрузке.

Зависимости

`AC frequency` - частота переменного тока
`50` `Hz` (по умолчанию)

Частота напряжения питания переменного тока.

Зависимости

Механический

`Rotor inertia` - Инерция ротора
`2e-4` `kg*m^2` (по умолчанию)

Сопротивление ротора изменению движения двигателя. Значение может быть равно нулю.

`Rotor damping` - Рассеиваемая энергия ротора
`1e-6` `N*m/(rad/s)` (по умолчанию)

Энергия, рассеиваемая ротором. Значение может быть равно нулю.

`Initial rotor speed` - Начальная частота вращения ротора
`0` `rpm` (по умолчанию)

Частота вращения ротора в начале моделирования.

Температурная зависимость

Эта вкладка отображается только для блоков с открытыми тепловыми портами. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловые порты.

`Field to armature resistance ratio, Rf/Ra` - Температурные коэффициенты сопротивления статора и ротора
`1` (по умолчанию)

Отношение поля к сопротивлению якоря. Этот параметр требуется только при отображении полей и тепловых портов якоря. Он используется для определения индивидуальных значений сопротивления для возбуждения и обмоток якоря, так что тепловое тепло, генерируемое двумя резисторами, может быть распределено правильно.

`Resistance temperature coefficients, [alpha_f alpha_a]` - Температурные коэффициенты сопротивления статора и ротора
`[.00393, .00393]` `1/K` (по умолчанию)

Вектор строки 1 на 2, который определяет коэффициент α в уравнении, связывающем сопротивление с температурой, как описано в тепловой модели для блоков привода. Первый элемент соответствует обмотке поля, а второй - якорю. Значение по умолчанию - медь.

`Measurement temperature` - Температура измерения
`25` `C` (по умолчанию)

Температура, для которой определены параметры двигателя.

Тепловой порт

`Thermal masses, [Mf Ma]` - Тепловые массы
`[100, 100]` `J/K` (по умолчанию)

Вектор строки 1 на 2, определяющий тепловую массу для обмоток поля и якоря. Тепловая масса - это энергия, необходимая для повышения температуры на один градус.

`Initial temperatures` - Начальные температуры
`[25, 25]` `C` (по умолчанию)

Вектор строки 1 на 2, определяющий температуру поля и тепловых портов якоря в начале моделирования.

Примеры модели

Кривые крутящего момента и частоты вращения двигателя

Сравнение характеристик крутящего момента и частоты вращения для пяти различных типов двигателей. Чтобы выбрать тип двигателя, щелкните правой кнопкой мыши блок «Электродвигатель», выберите «Вариант- > Переопределить с помощью» и выберите требуемый двигатель. Все двигатели имеют одинаковую номинальную механическую мощность.

Ссылки

[1] Болтон, В. Мехатроника: Электронные системы управления в машиностроении и электротехнике, 3-е издание Pearson Education, 2004..

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Двигатель постоянного тока | Индукционная машина (однофазная) | Двигатель и привод (уровень системы) | Шунт-мотор

Представлен в R2008a

Документация

Универсальный двигатель

Описание

Тепловые порты

Порты

Сохранение

+ - Положительный терминал электрический

- - Отрицательный вывод электрический

C - Корпус двигателя механический

R - Ротор двигателя механический

Hf - Тепловой порт обмотки возбуждения тепловой

Ha - Тепловой порт обмотки якоря тепловой

Параметры

Электрический крутящий момент

Model parameterization - Параметризация блока By DC rated power, rated speed & maximum torque (по умолчанию) | By equivalent circuit parameters | By DC rated power, rated speed & electrical power | By AC rated power, rated speed, current & electrical power

Total armature and field winding resistance - Суммарное сопротивление якоря и обмотки возбуждения 132.8 Ohm (по умолчанию)

Зависимости

Back-emf constant - Константа Back-emf 0.1722 s*V/rad/A (по умолчанию)

Зависимости

Total armature and field winding inductance - Суммарная индуктивность якоря и обмотки возбуждения 0.525 H (по умолчанию)

Зависимости

Rated speed (at rated load) - Номинальная скорость 6500 rpm (по умолчанию)

Зависимости

Rated load (mechanical power) - Номинальная нагрузка 75 W (по умолчанию)

Зависимости

Rated DC supply voltage - Номинальное напряжение питания постоянного тока 200 V (по умолчанию)

Зависимости

Maximum (starting) torque - Максимальный крутящий момент 0.39 N*m (по умолчанию)

Зависимости

Electrical power in at rated load - Электрическая мощность при номинальной механической мощности 160 W (по умолчанию)

Зависимости

RMS rated voltage - среднеквадратичное номинальное напряжение 240 V (по умолчанию)

Зависимости

RMS current at rated load - среднеквадратичный ток при номинальной нагрузке 0.8 A (по умолчанию)

Зависимости

AC frequency - частота переменного тока 50 Hz (по умолчанию)

Зависимости

Механический

Rotor inertia - Инерция ротора 2e-4 kg*m^2 (по умолчанию)

Rotor damping - Рассеиваемая энергия ротора 1e-6 N*m/(rad/s) (по умолчанию)

Initial rotor speed - Начальная частота вращения ротора 0 rpm (по умолчанию)

Температурная зависимость

Field to armature resistance ratio, Rf/Ra - Температурные коэффициенты сопротивления статора и ротора 1 (по умолчанию)

Resistance temperature coefficients, [alpha_f alpha_a] - Температурные коэффициенты сопротивления статора и ротора [.00393, .00393] 1/K (по умолчанию)

Measurement temperature - Температура измерения 25 C (по умолчанию)

Тепловой порт

Thermal masses, [Mf Ma] - Тепловые массы [100, 100] J/K (по умолчанию)

Initial temperatures - Начальные температуры [25, 25] C (по умолчанию)

Примеры модели

Кривые крутящего момента и частоты вращения двигателя

Ссылки

Расширенные возможности

Создание кода C/C + + Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Документация Simscape Electrical

Поддержка

`+` - Положительный терминал
электрический

`-` - Отрицательный вывод
электрический

`C` - Корпус двигателя
механический

`R` - Ротор двигателя
механический

`Hf` - Тепловой порт обмотки возбуждения
тепловой

`Ha` - Тепловой порт обмотки якоря
тепловой

`Model parameterization` - Параметризация блока
`By DC rated power, rated speed & maximum torque` (по умолчанию) | `By equivalent circuit parameters` | `By DC rated power, rated speed & electrical power` | `By AC rated power, rated speed, current & electrical power`

`Total armature and field winding resistance` - Суммарное сопротивление якоря и обмотки возбуждения
`132.8` `Ohm` (по умолчанию)

`Back-emf constant` - Константа Back-emf
`0.1722` `s*V/rad/A` (по умолчанию)

`Total armature and field winding inductance` - Суммарная индуктивность якоря и обмотки возбуждения
`0.525` `H` (по умолчанию)

`Rated speed (at rated load)` - Номинальная скорость
`6500` `rpm` (по умолчанию)

`Rated load (mechanical power)` - Номинальная нагрузка
`75` `W` (по умолчанию)

`Rated DC supply voltage` - Номинальное напряжение питания постоянного тока
`200` `V` (по умолчанию)

`Maximum (starting) torque` - Максимальный крутящий момент
`0.39` `N*m` (по умолчанию)

`Electrical power in at rated load` - Электрическая мощность при номинальной механической мощности
`160` `W` (по умолчанию)

`RMS rated voltage` - среднеквадратичное номинальное напряжение
`240` `V` (по умолчанию)

`RMS current at rated load` - среднеквадратичный ток при номинальной нагрузке
`0.8` `A` (по умолчанию)

`AC frequency` - частота переменного тока
`50` `Hz` (по умолчанию)

`Rotor inertia` - Инерция ротора
`2e-4` `kg*m^2` (по умолчанию)

`Rotor damping` - Рассеиваемая энергия ротора
`1e-6` `N*m/(rad/s)` (по умолчанию)

`Initial rotor speed` - Начальная частота вращения ротора
`0` `rpm` (по умолчанию)

`Field to armature resistance ratio, Rf/Ra` - Температурные коэффициенты сопротивления статора и ротора
`1` (по умолчанию)

`Resistance temperature coefficients, [alpha_f alpha_a]` - Температурные коэффициенты сопротивления статора и ротора
`[.00393, .00393]` `1/K` (по умолчанию)

`Measurement temperature` - Температура измерения
`25` `C` (по умолчанию)

`Thermal masses, [Mf Ma]` - Тепловые массы
`[100, 100]` `J/K` (по умолчанию)

`Initial temperatures` - Начальные температуры
`[25, 25]` `C` (по умолчанию)

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™